DE102015205676B4 - Supercharged internal combustion engine with exhaust gas turbocharger and additional compressor and method for operating such an internal combustion engine - Google Patents

Supercharged internal combustion engine with exhaust gas turbocharger and additional compressor and method for operating such an internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
DE102015205676B4
DE102015205676B4 DE102015205676.7A DE102015205676A DE102015205676B4 DE 102015205676 B4 DE102015205676 B4 DE 102015205676B4 DE 102015205676 A DE102015205676 A DE 102015205676A DE 102015205676 B4 DE102015205676 B4 DE 102015205676B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
compressor
exhaust gas
internal combustion
combustion engine
gas turbocharger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102015205676.7A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102015205676A1 (en
Inventor
Helmut Kindl
Andreas Kuske
Jörg Kemmerling
Vanco Smiljanovski
Franz Arnd Sommerhoff
Michael Forsting
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Publication of DE102015205676A1 publication Critical patent/DE102015205676A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102015205676B4 publication Critical patent/DE102015205676B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/013Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in series
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit- einem Ansaugsystem (1) zum Zuführen von Ladeluft,- einem Abgasabführsystem zum Abführen von Abgas, und- mindestens einem Abgasturbolader (2), der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine (4) und einen im Ansaugsystem (1) angeordneten Verdichter (3) umfasst, wobei der Verdichter (3) mit mindestens einem in einem Verdichtergehäuse (3e) auf einer drehbaren Welle (3c) gelagerten Laufrad (3d) ausgestattet ist, wobei- ein elektrisch antreibbarer zweiter Verdichter (5) stromaufwärts des Verdichters (3) des mindestens einen Abgasturboladers (2) im Ansaugsystem (1) angeordnet ist, wobei der zweite Verdichter (5) mindestens ein in einem Verdichtergehäuse (5e) auf einer drehbaren Welle (5c) gelagertes Laufrad (5d) umfasst und ein Axialverdichter (5b) ist, dessen Austrittsbereich (5a) koaxial zur Welle (5c) des zweiten Verdichters (5) verläuft, so dass die Abströmung der Ladeluft aus dem zweiten Verdichter (5) via Austrittsbereich (5a) im Wesentlichen axial erfolgt, wobei- der elektrisch antreibbare zweite Verdichter (5) als zuschaltbarer Verdichter (5) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass- der Verdichter (3) des mindestens einen Abgasturboladers (2) einen Eintrittsbereich (3a) aufweist, der koaxial zur Welle (3c) des Verdichters (3) und koaxial zum Austrittsbereich (5a) des zweiten Verdichters (5) verläuft und ausgebildet ist, so dass die Anströmung der Ladeluft zu dem Verdichter (3) des mindestens einen Abgasturboladers (2) im Wesentlichen axial erfolgt,- der zweite Verdichter (5) auf größere Volumenströme ausgelegt ist als der Verdichter (3) des mindestens einen Abgasturboladers (2), und- zum Zwecke der Abgasabblasung eine dritte Bypassleitung vorgesehen ist, die stromaufwärts der Turbine (4) vom Abgasabführsystem abzweigt.Supercharged internal combustion engine with- an intake system (1) for supplying charge air,- an exhaust gas discharge system for discharging exhaust gas, and- at least one exhaust gas turbocharger (2) which has a turbine (4) arranged in the exhaust gas discharge system and a compressor (4) arranged in the intake system (1). 3), wherein the compressor (3) is equipped with at least one impeller (3d) mounted on a rotatable shaft (3c) in a compressor housing (3e), wherein- an electrically drivable second compressor (5) upstream of the compressor (3) of the at least one exhaust gas turbocharger (2) is arranged in the intake system (1), the second compressor (5) comprising at least one impeller (5d) mounted on a rotatable shaft (5c) in a compressor housing (5e) and being an axial compressor (5b). , whose outlet area (5a) runs coaxially to the shaft (5c) of the second compressor (5), so that the outflow of the charge air from the second compressor (5) via the outlet area (5a) essentially axially takes place, wherein- the electrically drivable second compressor (5) is designed as a switchable compressor (5), characterized in that- the compressor (3) of the at least one exhaust gas turbocharger (2) has an inlet area (3a) which is coaxial with the shaft ( 3c) of the compressor (3) and runs coaxially to the outlet area (5a) of the second compressor (5) and is designed so that the flow of charge air to the compressor (3) of the at least one exhaust gas turbocharger (2) takes place essentially axially, the second compressor (5) is designed for larger volume flows than the compressor (3) of the at least one exhaust gas turbocharger (2), and a third bypass line is provided for the purpose of blowing off the exhaust gas, which branches off from the exhaust gas removal system upstream of the turbine (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a supercharged internal combustion engine having the features of the preamble of claim 1.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine.Furthermore, the invention relates to a method for operating such an internal combustion engine.

In der gattungsbildenden DE 10 2010 023 188 A1 wird ein Lader für einen Verbrennungsmotor, umfassend einen Turboverdichter mit wenigstens einem Verdichterlaufrad und einer Saugseite sowie einer Druckseite, eine Schwungmasse zum Speichern von Antriebsenergie, einen Hilfsmotor zum Antreiben des Verdichterlaufrades und der Schwungmasse sowie ein auf der Saugseite des Turboverdichters angeordnetes erstes Absperrorgan beschrieben. Diese Vorrichtung soll kurzzeitig Ladedruck für einen Verbrennungsmotor bereitstellen, um z. B. ein Turboloch eines Abgasturboladers, der an einem Verbrennungsmotor als Hauptlader eingesetzt wird, zu überbrücken. Dazu wird vorgeschlagen, das Verdichterlaufrad des Turboverdichters ständig anzutreiben, in der Betriebsphase, in welcher der Lader keinen Ladedruck bereitstellen muss, das erste Absperrorgan zu schließen und den saugseitigen Verdichterluftraum mittels der eigenen Verdichtungsleistung des Turboverdichters zu evakuieren. In Betriebsphasen, in denen der Lader Ladedruck bereitstellen muss, wird das erste Absperrorgan geöffnet und der Hilfsmotor wird beim Antreiben des Verdichterlaufrades des Turboverdichters von der Antriebsenergie, die in der Schwungmasse gespeichert ist, unterstützt.In the generic DE 10 2010 023 188 A1 describes a charger for an internal combustion engine, comprising a turbo compressor with at least one compressor impeller and an intake side and a pressure side, a flywheel for storing drive energy, an auxiliary motor for driving the compressor impeller and the flywheel, and a first shut-off element arranged on the intake side of the turbo compressor. This device is intended to provide short-term boost pressure for an internal combustion engine, e.g. B. to bridge a turbo lag of an exhaust gas turbocharger, which is used in an internal combustion engine as a main charger. To this end, it is proposed to constantly drive the compressor impeller of the turbo compressor, to close the first shut-off element in the operating phase in which the charger does not have to provide boost pressure and to evacuate the suction-side compressor air space using the turbo compressor's own compression capacity. In operating phases in which the charger has to provide boost pressure, the first shut-off element is opened and the auxiliary engine is supported in driving the compressor impeller of the turbo compressor by the drive energy stored in the flywheel.

Die DE 10 2008 026 025 A1 betrifft einen Antriebsstrang, insbesondere Kraftfahrzeugantriebsstrang, - mit einem einen Abgasstrom erzeugenden Verbrennungsmotor. Im Abgasstrom sind eine erste Abgasturbine und eine zweite Abgasturbine hintereinander angeordnet, und/oder in einem dem Verbrennungsmotor zugeleiteten Frischluftstrom sind ein erster Frischluftverdichter und ein zweiter Frischluftverdichter hintereinander angeordnet, wobei die zweite Abgasturbine in Strömungsrichtung des Abgases hinter der ersten Abgasturbine und/oder der erste Frischluftverdichter in Strömungsrichtung der Frischluft hinter dem zweiten Frischluftverdichter angeordnet ist. Die beiden Abgasturbinen sind als Radialturbinen ausgeführt, derart, dass die Anströmung der ersten und die Abströmung der zweiten Abgasturbine mit Abgas in Radialrichtung und die Abströmung der ersten und die Anströmung der zweiten Abgasturbine mit Abgas in Axialrichtung der jeweiligen Abgasturbine erfolgt, und/oder die Richtung der Anströmung des ersten Frischluftverdichters der Richtung der Abströmung des zweiten Frischluftverdichters entspricht.the DE 10 2008 026 025 A1 relates to a drive train, in particular a motor vehicle drive train, with an internal combustion engine that generates an exhaust gas flow. A first exhaust gas turbine and a second exhaust gas turbine are arranged one behind the other in the exhaust gas flow, and/or a first fresh air compressor and a second fresh air compressor are arranged one behind the other in a fresh air flow fed to the internal combustion engine, with the second exhaust gas turbine behind the first exhaust gas turbine and/or the first exhaust gas turbine in the flow direction of the exhaust gas Fresh air compressor is arranged in the flow direction of the fresh air behind the second fresh air compressor. The two exhaust gas turbines are designed as radial turbines in such a way that exhaust gas flows into the first and outflow from the second exhaust gas turbine in the radial direction and exhaust gas flows out of the first and outflow from the second exhaust gas turbine in the axial direction of the respective exhaust gas turbine and/or the direction the inflow of the first fresh air compressor corresponds to the direction of the outflow of the second fresh air compressor.

Die EP 1 995 427 A1 betrifft ein Verdichtersystem für Verbrennungskraftmotoren. Das Verdichtersystem weist einen Zusatzluftverdichter zur Verdichtung von dem Verbrennungsmotor zuzuführender Frischluft auf. Der Zusatzluftverdichter enthält einen Elektromotor und dieser Elektromotor enthält wiederum einen Rotor und einen Stator mit einem dazwischen liegenden Rotorspalt, wobei der Rotorspalt eine Einlassluftöffnung für den Zusatzluftverdichter aufweist. Mit dem Verdichtersystem soll auf eine kostengünstige Weise und mit sehr kurzen Reaktionszeiten eine Leistungserhöhung über den gesamten Drehzahlbereich des Verbrennungskraftmotors erzielbar sein.the EP 1 995 427 A1 relates to a compressor system for internal combustion engines. The compressor system has an additional air compressor for compressing fresh air to be supplied to the internal combustion engine. The boost air compressor includes an electric motor, and this electric motor in turn includes a rotor and a stator with a rotor gap therebetween, the rotor gap having an inlet air opening for the boost air compressor. With the compressor system, an increase in output over the entire speed range of the internal combustion engine should be achievable in a cost-effective manner and with very short reaction times.

Ein Lader gemäß der US 6 328 024 B 1, der einen elektrischen Axialverdichter oder -lüfter verwendet, wird mit seinen verschiedenen Anschlüssen an einen Verbrennungsmotor beschrieben. Es wird auch ein Steuersystem beschrieben, mit dem der Lader vom Drosselklappenmechanismus aus betrieben werden kann, um durch den Einsatz des Laders zusätzliche Leistung zu erhalten, wenn der Motor ansonsten mit seiner normalen (ungesteuerten) vollen Leistung arbeitet.A loader according to the U.S. 6,328,024 B 1, using an electric axial compressor or fan, is described with its various connections to an internal combustion engine. A control system is also described to allow the supercharger to be operated from the throttle mechanism to provide additional power through the use of the supercharger when the engine is otherwise operating at its normal (uncontrolled) full power.

Die DE 102 13 897 A1 bezieht sich auf einen variablen Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasturbine und einem Verdichter mit einer variablen Drall- und/oder Drosseleinrichtung. Der Abgasturbolader ist durch ein Gehäuse und ein über eine Welle mit einem Abgasturbinenrad verbundenes Verdichterrad gebildet. Der Verdichter weist nur einen Einströmkanal auf, in dem die variable Drall- und Drosseleinrichtung in Strömungsrichtung vor dem Verdichterrad angeordnet ist.the DE 102 13 897 A1 relates to a variable exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine with an exhaust gas turbine and a compressor with a variable swirl and/or throttle device. The exhaust gas turbocharger is formed by a housing and a compressor wheel connected to an exhaust gas turbine wheel via a shaft. The compressor has only one inflow duct, in which the variable swirl and throttle device is arranged upstream of the compressor wheel in the direction of flow.

Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren und Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.An internal combustion engine of the type mentioned is used as a motor vehicle drive. In the context of the present invention, the term internal combustion engine includes diesel engines and Otto engines, but also hybrid internal combustion engines that use a hybrid combustion process, as well as hybrid drives that, in addition to the internal combustion engine, include an electric machine that can be driven with the internal combustion engine, which takes power from the internal combustion engine or delivers additional power as a switchable auxiliary drive.

In den letzten Jahren hat sich eine Entwicklung hin zu kleinen, hochaufgeladenen Motoren vollzogen, wobei die Aufladung in erster Linie ein Verfahren zur Leistungssteigerung ist, bei dem die für den motorischen Verbrennungsprozess benötigte Luft verdichtet wird. Die wirtschaftliche Bedeutung dieser Motoren für die Automobilbauindustrie nimmt weiter ständig zu.In recent years there has been a trend towards small, supercharged engines, with supercharging primarily being a method of increasing performance in which the air required for the engine's combustion process is compressed. The economic importance of these engines for the automotive industry continues to increase.

Häufig wird für die Aufladung ein Abgasturbolader eingesetzt, bei dem ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet sind. Der heiße Abgasstrom wird der Turbine zugeführt und entspannt sich unter Energieabgabe in der Turbine, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasstrom an die Turbine und schließlich an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung der Zylinder erreicht wird. Vorteilhafterweise wird ein Ladeluftkühler stromabwärts des Verdichters im Ansaugsystem vorgesehen, mit dem die komprimierte Ladeluft vor Eintritt in den mindestens einen Zylinder gekühlt wird. Der Kühler senkt die Temperatur und steigert damit die Dichte der Ladeluft, so dass auch der Kühler zu einer besseren Füllung der Zylinder, d. h. zu einer größeren Luftmasse, beiträgt. Es erfolgt eine Verdichtung durch Kühlung.An exhaust gas turbocharger is often used for charging, in which a compressor and a Turbine are arranged on the same shaft. The hot exhaust gas flow is fed to the turbine and expands in the turbine, releasing energy, causing the shaft to rotate. The energy given off by the exhaust gas flow to the turbine and finally to the shaft is used to drive the compressor, which is also arranged on the shaft. The compressor conveys and compresses the charge air supplied to it, which means that the cylinders are charged. Advantageously, a charge air cooler is provided downstream of the compressor in the intake system, with which the compressed charge air is cooled before it enters the at least one cylinder. The cooler lowers the temperature and thus increases the density of the charge air, so that the cooler also contributes to better filling of the cylinders, ie to a larger air mass. Compression occurs through cooling.

Der Vorteil eines Abgasturboladers im Vergleich zu einem mechanischen Lader besteht darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine besteht bzw. erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie vollständig von der Brennkraftmaschine bezieht und somit die bereitgestellte Leistung mindert und auf diese Weise den Wirkungsgrad nachteilig beeinflusst, nutzt der Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase.The advantage of an exhaust gas turbocharger compared to a mechanical supercharger is that there is no mechanical connection between the supercharger and the internal combustion engine for power transmission or is required. While a mechanical supercharger draws the energy required for its drive completely from the internal combustion engine and thus reduces the power provided and in this way adversely affects the efficiency, the exhaust gas turbocharger uses the exhaust gas energy of the hot exhaust gases.

Die Aufladung dient - wie bereits erwähnt - der Leistungssteigerung. Die für den Verbrennungsprozess benötigte Luft wird verdichtet, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden.As already mentioned, supercharging serves to increase performance. The air required for the combustion process is compressed, which means that a larger air mass can be supplied to each cylinder per working cycle. As a result, the fuel mass and thus the intermediate pressure can be increased.

Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Wird der Hubraum verringert, lässt sich so das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist.Supercharging is a suitable means of increasing the performance of an internal combustion engine with the same displacement or reducing the displacement with the same performance. In any case, supercharging leads to an increase in installation space performance and a more favorable mass of power. If the displacement is reduced, the load collective can be shifted towards higher loads, at which specific fuel consumption is lower.

Die Aufladung unterstützt folglich das ständige Bemühen in der Entwicklung von Brennkraftmaschinen, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d. h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.Supercharging consequently supports the constant effort in the development of internal combustion engines to minimize fuel consumption, i. H. to improve the efficiency of the internal combustion engine.

Ein weiteres grundsätzliches Ziel ist es, die Schadstoffemissionen zu reduzieren. Bei der Lösung dieser Aufgabe kann die Aufladung ebenfalls zielführend sein. Bei gezielter Auslegung der Aufladung können nämlich Vorteile im Wirkungsgrad und bei den Abgasemissionen erzielt werden.Another fundamental goal is to reduce pollutant emissions. When solving this task, charging can also be expedient. With a targeted design of the supercharging, advantages in terms of efficiency and exhaust emissions can be achieved.

Schwierigkeiten bereitet die Auslegung der Abgasturboaufladung, wobei grundsätzlich eine spürbare Leistungssteigerung in allen Drehzahlbereichen angestrebt wird. Nach dem Stand der Technik wird aber ein starker Drehmomentabfall bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl beobachtet.Difficulties are encountered in the design of the exhaust gas turbocharger, with the basic aim being to achieve a noticeable increase in performance in all speed ranges. According to the prior art, however, a sharp drop in torque is observed when the speed falls below a certain level.

Verständlich wird dieser Drehmomentabfall, wenn berücksichtigt wird, dass das Ladedruckverhältnis vom Turbinendruckverhältnis abhängt. Wird die Motordrehzahl verringert, führt dies zu einem kleineren Abgasmassenstrom und damit zu einem kleineren Turbinendruckverhältnis. Folglich nimmt das Ladedruckverhältnis zu niedrigeren Drehzahlen hin ebenfalls ab. Dies ist gleichbedeutend mit einem Ladedruckabfall bzw. Drehmomentabfall.This drop in torque becomes understandable when it is taken into account that the boost pressure ratio depends on the turbine pressure ratio. If the engine speed is reduced, this leads to a smaller exhaust gas mass flow and thus to a smaller turbine pressure ratio. Consequently, the boost pressure ratio also decreases towards lower speeds. This is equivalent to a drop in boost pressure or drop in torque.

In der Praxis führen die vorstehend beschriebenen Zusammenhänge häufig dazu, dass ein kleiner Abgasturbolader, d. h. ein Abgasturbolader mit einem kleinen Turbinenquerschnitt eingesetzt wird, wodurch das Turbinendruckverhältnis erhöht werden kann. Dies verschlechtert aber die Aufladung bei hohen Drehzahlen und verschiebt den Drehmomentabfall lediglich hin zu niedrigeren Drehzahlen. Zudem sind dieser Vorgehensweise, d. h. der Verkleinerung des Turbinenquerschnittes, Grenzen gesetzt, da die gewünschte Aufladung und Leistungssteigerung auch bei hohen Drehzahlen uneingeschränkt und in dem gewünschten Maße möglich sein soll.In practice, the relationships described above often lead to a small exhaust gas turbocharger, i. H. an exhaust gas turbocharger with a small turbine cross-section is used, as a result of which the turbine pressure ratio can be increased. However, this worsens the supercharging at high speeds and only shifts the drop in torque towards lower speeds. In addition, this procedure, i. H. the reduction of the turbine cross-section, since the desired supercharging and increase in performance should be unrestricted and possible to the desired extent even at high speeds.

Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine wird nach dem Stand der Technik durch unterschiedliche Maßnahmen zu verbessern versucht.According to the prior art, attempts are made to improve the torque characteristics of a supercharged internal combustion engine by means of various measures.

Beispielsweise durch eine kleine Auslegung des Turbinenquerschnittes und gleichzeitiger Abgasabblasung, wobei die Abgasabblasung mittels Ladedruck oder mittels Abgasdruck gesteuert werden kann. Eine derartige Turbine wird auch als Waste-Gate-Turbine bezeichnet. Überschreitet der Abgasmassenstrom eine kritische Größe wird ein Teil des Abgasstromes im Rahmen der sogenannten Abgasabblasung mittels einer Bypassleitung an der Turbine vorbei geführt. Diese Vorgehensweise hat aber - wie bereits oben angesprochen - den Nachteil, dass das Aufladeverhalten bei höheren Drehzahlen unzureichend ist.For example, through a small design of the turbine cross-section and simultaneous exhaust gas blow-off, the exhaust gas blow-off being able to be controlled by means of boost pressure or by means of exhaust gas pressure. Such a turbine is also referred to as a waste gate turbine. If the exhaust gas mass flow exceeds a critical value, part of the exhaust gas flow is routed past the turbine by means of a bypass line as part of the so-called exhaust gas blow-off. However, as mentioned above, this procedure has the disadvantage that the charging behavior is inadequate at higher speeds.

Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine kann des Weiteren durch mehrere parallel angeordnete Turbolader, d. h. durch mehrere parallel angeordnete Turbinen von kleinerem Turbinenquerschnitt verbessert werden, wobei mit steigender Abgasmenge Turbinen sukzessive zugeschaltet werden.The torque characteristics of a supercharged internal combustion engine can also be improved by a plurality of turbochargers arranged in parallel, ie by a plurality of turbines with a smaller turbine cross section arranged in parallel turbines are successively switched on as the amount of exhaust gas increases.

Die Drehmomentcharakteristik kann auch mittels mehrerer in Reihe geschalteter Abgasturbolader vorteilhaft beeinflusst werden. Durch das in Reihe Schalten von zwei Abgasturboladern, von denen ein Abgasturbolader als Hochdruckstufe und ein Abgasturbolader als Niederdruckstufe dient, kann das Motorkennfeld in vorteilhafter Weise aufgeweitet werden und zwar sowohl hin zu kleineren Verdichterströmen als auch hin zu größeren Verdichterströmen.The torque characteristics can also be advantageously influenced by means of several exhaust gas turbochargers connected in series. By connecting two exhaust-gas turbochargers in series, of which one exhaust-gas turbocharger serves as the high-pressure stage and one exhaust-gas turbocharger as the low-pressure stage, the engine characteristic map can be expanded in an advantageous manner, both towards smaller compressor flows and towards larger compressor flows.

Insbesondere ist bei dem als Hochdruckstufe dienenden Abgasturbolader ein Verschieben der Pumpgrenze hin zu kleineren Verdichterströmen möglich, wodurch auch bei kleinen Verdichterströmen hohe Ladedruckverhältnisse erzielt werden können, was im unteren Drehzahlbereich die Drehmomentcharakteristik deutlich verbessert. Erreicht wird dies durch eine Auslegung der Hochdruckturbine auf kleine Abgasmassenströme und Vorsehen einer Bypassleitung, mit der bei zunehmendem Abgasmassenstrom zunehmend Abgas an der Hochdruckturbine vorbeigeführt wird. Die Bypassleitung zweigt hierzu stromaufwärts der Hochdruckturbine vom Abgasabführsystem ab und mündet stromaufwärts der Niederdruckturbine wieder in das Abgasabführsystem. In der Bypassleitung ist ein Absperrelement angeordnet, um den an der Hochdruckturbine vorbeigeführten Abgasstrom zu steuern.In particular, in the case of the exhaust gas turbocharger serving as the high-pressure stage, it is possible to shift the surge limit towards smaller compressor flows, as a result of which high boost pressure ratios can be achieved even with small compressor flows, which significantly improves the torque characteristics in the lower speed range. This is achieved by designing the high-pressure turbine for small exhaust gas mass flows and providing a bypass line, with which exhaust gas is increasingly routed past the high-pressure turbine as the exhaust gas mass flow increases. For this purpose, the bypass line branches off from the exhaust gas removal system upstream of the high-pressure turbine and opens back into the exhaust gas removal system upstream of the low-pressure turbine. A shut-off element is arranged in the bypass line in order to control the flow of exhaust gas that is routed past the high-pressure turbine.

Die Verwendung mehrerer Abgasturbolader hat aber auch Nachteile, wie im Folgenden an der zweistufigen Aufladung erläutert wird.However, the use of several exhaust gas turbochargers also has disadvantages, as explained below using two-stage charging.

Bei der Auslegung der Abgasturboaufladung ist man bemüht, die Turbine bzw. die Turbinen möglichst nahe am Auslass der Brennkraftmaschine, d. h. nahe der Auslassöffnungen der Zylinder, anzuordnen, um auf diese Weise die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal nutzen zu können und ein schnelles Ansprechverhalten des Turboladers zu gewährleisten. Nicht nur der Weg der heißen Abgase zur Turbine verkürzt sich durch eine motornahe Anordnung, auch das Volumen des Abgasabführsystems stromaufwärts der Turbine nimmt ab. Die thermische Trägheit des Abgasabführsystems nimmt ebenfalls ab und zwar durch Reduzierung der Masse und der Länge des Teilstückes des Abgasabführsystems bis hin zur Turbine.When designing the exhaust gas turbocharger, efforts are made to place the turbine or turbines as close as possible to the outlet of the internal combustion engine, i. H. near the outlet openings of the cylinders, in order to be able to optimally use the exhaust gas enthalpy of the hot exhaust gases, which is largely determined by the exhaust gas pressure and the exhaust gas temperature, and to ensure a fast response behavior of the turbocharger. Arrangement close to the engine not only shortens the path of the hot exhaust gases to the turbine, but also reduces the volume of the exhaust gas removal system upstream of the turbine. The thermal inertia of the exhaust gas evacuation system also decreases by reducing the mass and length of the exhaust gas evacuation system section up to the turbine.

Aus den vorstehend genannten Gründen werden die Turbinen in der Regel auslassseitig am Zylinderkopf angeordnet. Der Abgaskrümmer wird nach dem Stand der Technik häufig im Zylinderkopf integriert. Die Integration des Abgaskrümmers gestattet darüber hinaus ein dichtes Packaging der Antriebseinheit. Zudem kann von einer gegebenenfalls im Zylinderkopf vorgesehenen Flüssigkeitskühlung partizipiert werden, so dass der Krümmer nicht aus thermisch hoch belastbaren Werkstoffen gefertigt werden muss, die kostenintensiv sind.For the reasons mentioned above, the turbines are usually arranged on the outlet side of the cylinder head. According to the state of the art, the exhaust manifold is often integrated in the cylinder head. The integration of the exhaust manifold also allows the drive unit to be packaged tightly. In addition, a liquid cooling system that may be provided in the cylinder head can participate, so that the manifold does not have to be made from materials that can be subjected to high thermal loads and are cost-intensive.

Naturgemäß bereitet bei einer zweistufigen Aufladung die motornahe Anordnung der Turbine der Niederdruckstufe größere Probleme. Zu berücksichtigen ist dabei auch, dass die Turbine eines Abgasturboladers in der Regel in Radialbauweise ausgeführt wird, d. h. die Anströmung der Laufschaufeln erfolgt im Wesentlichen radial. Im Wesentlichen radial bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Geschwindigkeitskomponente in radialer Richtung größer ist als die axiale Geschwindigkeitskomponente. Der Geschwindigkeitsvektor der Strömung schneidet die Welle des Abgasturboladers in einem rechten Winkel, falls die Anströmung exakt radial verläuft.Naturally, with two-stage turbocharging, the arrangement of the turbine close to the engine causes major problems for the low-pressure stage. It should also be taken into account that the turbine of an exhaust gas turbocharger is usually designed in a radial manner, i. H. the flow towards the rotor blades is essentially radial. In the context of the present invention, essentially radial means that the speed component in the radial direction is greater than the axial speed component. The velocity vector of the flow intersects the shaft of the exhaust gas turbocharger at a right angle if the flow is exactly radial.

Folglich muss das Abgas nach Durchströmen der Hockdruckturbine zunächst via Abgasabführsystem umgeleitet bzw. umgelenkt werden, um stromabwärts der Radialturbine der Niederdruckstufe zugeführt werden zu können. Dies vergrößert nicht nur die Wegstrecke, sondern auch das Volumen und die thermische Trägheit zwischen den beiden Turbinen erheblich.Consequently, after flowing through the high-pressure turbine, the exhaust gas must first be diverted or deflected via the exhaust gas discharge system in order to be able to be fed to the low-pressure stage downstream of the radial turbine. This significantly increases not only the travel distance, but also the volume and thermal inertia between the two turbines.

Um die Abgasenergie möglichst effizient nutzen zu können, sollte das Abgas möglichst wenig umgelenkt werden. Jede Richtungsänderung der Abgasströmung, beispielsweise infolge einer Krümmung des Abgasabführsystems, hat einen Druckverlust in der Abgasströmung und damit einen Enthalpieverlust zur Folge. Es sollte aber alles vermieden werden, was den Druck im Abgas reduziert und die an der Turbine noch zur Verfügung stehende Abgasenergie verringert.In order to be able to use the exhaust gas energy as efficiently as possible, the exhaust gas should be deflected as little as possible. Every change in direction of the exhaust gas flow, for example as a result of a bend in the exhaust gas discharge system, results in a pressure loss in the exhaust gas flow and thus in an enthalpy loss. However, everything should be avoided that reduces the pressure in the exhaust gas and reduces the exhaust gas energy still available at the turbine.

Um die Laufschaufeln radial anströmen zu können, wird der Eintrittsbereich zur Zuführung des Abgases nach dem Stand der Technik als rundum verlaufendes Spiral- oder Schneckengehäuse ausgebildet, so dass die Zuströmung des Abgases zur Turbine im Wesentlichen radial erfolgt. Eine derartige Radialturbine wird beispielsweise in der EP 1 710 415 A1 beschrieben.In order to be able to flow radially onto the rotor blades, the inlet area for supplying the exhaust gas is designed according to the prior art as a spiral or worm housing running all around, so that the exhaust gas flows to the turbine essentially radially. Such a radial turbine is, for example, in the EP 1 710 415 A1 described.

Die Zuführung des Abgases zur Niederdruckturbine mittels Spiral- oder Schneckengehäuse erfordert die mehrfache Umlenkung des Abgases bzw. der Abgasströmung mit großen Richtungsänderungen. Wie bereits ausgeführt, bedingt aber jede Richtungsänderung einen Druckverlust in der Abgasströmung, weshalb dem Abgas an der Niederdruckturbine weniger Energie entzogen werden kann.Feeding the exhaust gas to the low-pressure turbine by means of a spiral or screw housing requires the exhaust gas or the exhaust gas flow to be deflected multiple times with large changes in direction. As already explained, however, every change in direction causes a pressure loss in the exhaust gas flow, which is why less energy can be extracted from the exhaust gas at the low-pressure turbine.

Gelegentlich wird die Niederdruckturbine eines Abgasturboladers auch als Axialturbine ausgeführt, d. h. die Anströmung der Laufradschaufeln erfolgt im Wesentlichen axial. Im Wesentlichen axial bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Geschwindigkeitskomponente in axialer Richtung größer ist als die radiale Geschwindigkeitskomponente. Der Geschwindigkeitsvektor der Anströmung im Bereich des Laufrades verläuft dabei vorzugsweise parallel zur Welle des Abgasturboladers, falls die Anströmung exakt axial verläuft.Occasionally, the low-pressure turbine of an exhaust gas turbocharger is also designed as an axial turbine, ie the flow towards the impeller blades is essentially axial. In the context of the present invention, essentially axial means that the speed component in the axial direction is greater than the radial speed component. The velocity vector of the inflow in the area of the impeller preferably runs parallel to the shaft of the exhaust gas turbocharger if the inflow runs exactly axially.

Nach dem Stand der Technik wird aber auch bei Axialturbinen der Eintrittsbereich zur Zuführung des Abgases häufig als rundum verlaufendes Spiral- oder Schneckengehäuse ausgebildet, so dass zumindest im Eintrittsbereich die Strömung des Abgases schräg bzw. radial zur Welle verläuft bzw. geführt wird, wozu eine Umlenkung des Abgases zwischen den Turbinen erforderlich ist bzw. wird. Einbußen bei der am Turbinenlaufrad zur Verfügung stehenden Abgasenthalpie müssen dabei in Kauf genommen werden. Die EP 1 710 415 A1 beschreibt eine derartige Axialturbine.According to the prior art, however, the inlet area for supplying the exhaust gas is often designed as a spiral or worm housing running all around, even in axial turbines, so that at least in the inlet area the flow of the exhaust gas runs or is guided obliquely or radially to the shaft, for which purpose a deflection is required of the exhaust gas between the turbines is or will be required. Losses in the exhaust gas enthalpy available at the turbine wheel have to be accepted. the EP 1 710 415 A1 describes such an axial turbine.

Das für die Turbinen Gesagte gilt in analoger Weise auch für die Verdichter der Abgasturbolader, wobei die Verdichter aufgrund der auslassseitigen Anordnung der Turbinen ebenfalls auslassseitig angeordnet sind und die in den Verdichtern komprimierte Ladeluft stromabwärts der Verdichter zunächst auf die Einlassseite des Zylinderkopfes geleitet werden muss, um den Zylindern zugeführt werden zu können. Anders als bei den Turbinen werden Verdichter über ihre Abströmung definiert. Ein Radialverdichter ist somit ein Verdichter, dessen Abströmung aus den Laufschaufeln im Wesentlichen radial erfolgt. Hingegen erfolgt die Abströmung aus den Laufradschaufeln eines Axialverdichters im Wesentlichen axial.What has been said for the turbines also applies analogously to the compressors of the exhaust gas turbochargers, with the compressors also being arranged on the outlet side due to the arrangement of the turbines on the outlet side and the charge air compressed in the compressors first having to be routed downstream of the compressors to the inlet side of the cylinder head in order to to be fed to the cylinders. Unlike turbines, compressors are defined by their outflow. A centrifugal compressor is therefore a compressor whose outflow from the rotor blades is essentially radial. In contrast, the outflow from the impeller blades of an axial compressor is essentially axial.

Um einlassseitig einen Druckverlust zu vermeiden bzw. den Druckverlust zu minimieren, sollte die Ladeluft möglichst wenig umgelenkt werden. Das Ansaugsystem sollte möglichst kurz sein und möglichst wenig Richtungsänderungen stromaufwärts der Verdichter, stromabwärts der Verdichter und zwischen den Verdichtern aufweisen.In order to avoid a pressure loss on the intake side or to minimize the pressure loss, the charge air should be deflected as little as possible. The intake system should be as short as possible and have as few changes in direction upstream of the compressors, downstream of the compressors and between the compressors as possible.

Insofern ist eine mehrfache Umlenkung der Ladeluftströmung mit großen Richtungsänderungen zwecks Überleitung der Ladeluft auf die Einlassseite des Zylinderkopfes und Zuführung zu den Verdichtern als nachteilig anzusehen. Dies ist einer Druckerhaltung, insbesondere in der komprimierten Ladeluft, abträglich.In this respect, multiple deflection of the charge air flow with large changes in direction for the purpose of transferring the charge air to the inlet side of the cylinder head and feeding it to the compressors is to be regarded as disadvantageous. This is detrimental to maintaining pressure, particularly in the compressed charge air.

Die Verwendung mehrerer Abgasturbolader hat, insbesondere auch aufgrund des komplexen Abgasleitungssystems, zudem Nachteile hinsichtlich eines dichten Packagings der Antriebseinheit im Motorraum.The use of several exhaust gas turbochargers also has disadvantages in terms of tight packaging of the drive unit in the engine compartment, in particular also due to the complex exhaust pipe system.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aufgeladene Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, mit der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden, deren Aufladeverhalten verbessert ist und deren Aufladung einen geringeren Raumbedarf hat.Against this background, it is an object of the present invention to provide a supercharged internal combustion engine according to the preamble of claim 1, with which the disadvantages known from the prior art are overcome, whose charging behavior is improved and whose charging requires less space.

Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.A further sub-task of the present invention is to indicate a method for operating such an internal combustion engine.

Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit

  • - einem Ansaugsystem zum Zuführen von Ladeluft,
  • - einem Abgasabführsystem zum Abführen von Abgas, und
  • - mindestens einem Abgasturbolader, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfasst, wobei der Verdichter mit mindestens einem in einem Verdichtergehäuse auf einer drehbaren Welle gelagerten Laufrad ausgestattet ist, wobei
  • - ein elektrisch antreibbarer zweiter Verdichter stromaufwärts des Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers im Ansaugsystem angeordnet ist, wobei der zweite Verdichter mindestens ein in einem Verdichtergehäuse auf einer drehbaren Welle gelagertes Laufrad umfasst und ein Axialverdichter ist, dessen Austrittsbereich koaxial zur Welle des zweiten Verdichters verläuft, so dass die Abströmung der Ladeluft aus dem zweiten Verdichter via Austrittsbereich im Wesentlichen axial erfolgt, wobei
  • - der elektrisch antreibbare zweite Verdichter als zuschaltbarer Verdichter ausgebildet ist.
The first subtask is solved by a supercharged internal combustion engine
  • - an intake system for supplying charge air,
  • - an exhaust gas discharge system for discharging exhaust gas, and
  • - At least one exhaust gas turbocharger, which comprises a turbine arranged in the exhaust gas discharge system and a compressor arranged in the intake system, the compressor being equipped with at least one impeller mounted on a rotatable shaft in a compressor housing, wherein
  • - An electrically drivable second compressor is arranged upstream of the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger in the intake system, the second compressor comprising at least one impeller mounted on a rotatable shaft in a compressor housing and being an axial compressor whose outlet area runs coaxially with the shaft of the second compressor, see above that the discharge of the charge air from the second compressor via the outlet area is essentially axial, wherein
  • - The electrically drivable second compressor is designed as a switchable compressor.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass

  • - der Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers einen Eintrittsbereich aufweist, der koaxial zur Welle des Verdichters und koaxial zum Austrittsbereich des zweiten Verdichters verläuft und ausgebildet ist, so dass die Anströmung der Ladeluft zu dem Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers im Wesentlichen axial erfolgt, wobei
  • - der zweite Verdichter größer, also auf größere Volumenströme ausgelegt ist als der Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers, und
  • - zum Zwecke der Abgasabblasung eine dritte Bypassleitung vorgesehen ist, die stromaufwärts der Turbine vom Abgasabführsystem abzweigt.
According to the invention it is proposed that
  • - the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger has an inlet area which runs coaxially to the shaft of the compressor and coaxially to the outlet area of the second compressor and is designed such that the charge air flows to the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger essentially axially, wherein
  • - the second compressor is larger, ie designed for larger volume flows, than the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger, and
  • - A third bypass line is provided for the purpose of exhaust gas blow-off, which is upstream branches off from the exhaust gas discharge system towards the turbine.

Die in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Begriffe „erste“, „zweite“, „dritte“ usw. dienen nur zum Zwecke der Unterscheidung. Insbesondere soll durch ihre Verwendung keine Reihenfolge oder Priorität der im Zusammenhang mit diesen Begriffen genannten Objekte impliziert werden.The terms "first", "second", "third", etc. used in this specification are for the purpose of distinction only. In particular, no order or priority of the objects mentioned in connection with these terms should be implied by their use.

Die erfindungsgemäße mittels Abgasturbolader aufgeladene Brennkraftmaschine ist mit einem zusätzlichen Verdichter in Axialbauweise ausgestattet, der stromaufwärts des Verdichters des mindestens einen Abgasturboladers im Ansaugsystem angeordnet ist.The internal combustion engine according to the invention charged by means of an exhaust gas turbocharger is equipped with an additional compressor of axial design, which is arranged upstream of the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger in the intake system.

Dieser zweite Verdichter verfügt zudem über einen Austrittsbereich, der koaxial zur Welle des Verdichters verläuft, so dass die Abströmung der Ladeluft aus diesem zusätzlichen Verdichter im Wesentlichen axial erfolgt. Die Ladeluft muss folglich nach Durchströmen des zweiten Verdichters nicht umgelenkt werden, um dem Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers zugeführt zu werden. Da eine Umlenkung bzw. Richtungsänderung der Ladeluftströmung unterbleibt, werden unnötige Druckverluste in der Ladeluftströmung infolge Strömungsumlenkung vermieden und die vorkomprimierte Ladeluft kann im Verdichter des Abgasturboladers weiter verdichtet werden. Der Wirkungsgrad und das Ladedruckverhältnis der zweistufigen Verdichtung können dadurch gesteigert werden.This second compressor also has an outlet area that runs coaxially to the shaft of the compressor, so that the charge air flows out of this additional compressor essentially axially. Consequently, after flowing through the second compressor, the charge air does not have to be deflected in order to be fed to the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger. Since the charge air flow is not deflected or changed in direction, unnecessary pressure losses in the charge air flow as a result of flow deflection are avoided and the precompressed charge air can be further compressed in the compressor of the exhaust gas turbocharger. The efficiency and boost pressure ratio of the two-stage compression can be increased as a result.

Die Verwendung eines Axialverdichters anstelle eines weiteren Abgasturboladers zusammen mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Austrittsbereich gestattet ein dichtes Packaging, insbesondere eine Reduzierung der Wegstrecke, des Volumens und der Masse des Ansaugsystems zwischen den beiden Verdichtern.The use of an axial compressor instead of a further exhaust gas turbocharger together with the outlet area designed according to the invention allows tight packaging, in particular a reduction in the distance, the volume and the mass of the intake system between the two compressors.

Die vorstehend beschriebenen Effekte und technischen Wirkungen werden weiter dadurch unterstützt und ermöglicht, dass der Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers einen Eintrittsbereich aufweist, der koaxial zur Welle des Verdichters und koaxial zum Austrittsbereich des zweiten Verdichters verläuft und ausgebildet ist, so dass die Anströmung der Ladeluft zu dem Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers im Wesentlichen axial erfolgt.The effects and technical effects described above are further supported and made possible by the fact that the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger has an inlet area which runs coaxially with the shaft of the compressor and coaxially with the outlet area of the second compressor and is designed such that the charge air flows towards the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger takes place essentially axially.

Der zweite Verdichter ist ein elektrisch antreibbarer Verdichter, so dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Verdichter und Brennkraftmaschine besteht bzw. erforderlich ist, weshalb der zweite Verdichter einen geringen Raumbedarf hat und ein dichtes Packaging der Aufladung bzw. der Brennkraftmaschine ermöglicht. Zudem ist der zweite Verdichter als zuschaltbarer Verdichter ausgebildet, der nur im Bedarfsfall zwecks Vorverdichtung der Ladeluft zugeschaltet wird, falls eine zweistufige Verdichtung vorgenommen wird.The second compressor is an electrically drivable compressor, so that there is no mechanical connection for power transmission between the compressor and the internal combustion engine or is required, which is why the second compressor requires little space and allows dense packaging of the supercharging or the internal combustion engine. In addition, the second compressor is designed as a switchable compressor, which is switched on only when necessary for the purpose of precompression of the charge air if two-stage compression is carried out.

Der zweite Verdichter ist erfindungsgemäß größer ausgelegt als der Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers, d. h. auf größere Volumenströme ausgelegt.According to the invention, the second compressor is designed to be larger than the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger, i. H. designed for larger volume flows.

Bei zwei in Reihe geschalteten, im Ansaugsystem angeordneten Verdichtern ist es vorteilhaft, den zweiten Verdichter größer auszulegen als den stromabwärts gelegenen Verdichter des Abgasturboladers, da bei einer zweistufigen Verdichtung der Verdichter des Laders die Hochdruckstufe bildet und die Ladeluft komprimiert, die bereits in dem dann als Niederdruckstufe dienenden zweiten Verdichter vorverdichtet wurde.With two series-connected compressors arranged in the intake system, it is advantageous to design the second compressor to be larger than the downstream compressor of the exhaust gas turbocharger, since with two-stage compression the compressor of the charger forms the high-pressure stage and compresses the charge air, which is already present in the then Was supercharged serving low-pressure stage second compressor.

Der zweite Verdichter ist größer ausgelegt als der Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers und übernimmt als Niederdruckstufe die Vorverdichtung der Ladeluft im Rahmen einer zweistufigen Verdichtung bei großen Ladeluftmengen, d. h. bei höheren Motordrehzahlen nmot. Der Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers ist kleiner ausgelegt und bewerkstelligt die Verdichtung der Ladeluft bei kleinen bzw. mittelgroßen Ladeluftmengen. Bei kleinen bzw. mittelgroßen Ladeluftmengen könnte der zweite Verdichter dann mittels Bypassleitung umgangen werden und der Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers die Verdichtung der Ladeluft im Rahmen einer einstufigen Verdichtung vornehmen.The second compressor is designed to be larger than the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger and, as a low-pressure stage, takes over the pre-compression of the charge air as part of a two-stage compression with large amounts of charge air, ie at higher engine speeds n mot . The compressor of the at least one exhaust gas turbocharger is designed to be smaller and manages the compression of the charge air with small or medium-sized quantities of charge air. In the case of small or medium-sized amounts of charge air, the second compressor could then be bypassed by means of a bypass line and the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger could compress the charge air as part of a single-stage compression.

Aus den vorstehend genannten Gründen ist erfindungsgemäß auch eine Bypassleitung zwecks Abgasabblasung vorgesehen, die stromaufwärts der Turbine des mindestens einen Abgasturboladers vom Abgasabführsystem abzweigt und als dritte Bypassleitung bezeichnet wird.For the reasons mentioned above, a bypass line is also provided according to the invention for the purpose of blowing off exhaust gas, which branches off from the exhaust gas discharge system upstream of the turbine of the at least one exhaust gas turbocharger and is referred to as the third bypass line.

Das Vorsehen einer Bypassleitung gestattet die Auslegung der Turbine bzw. der Hochdruckturbine auf kleine bzw. mittelgroße Abgasmassenströme und damit auf den unteren bzw. mittleren Teillastbereich.The provision of a bypass line allows the turbine or the high-pressure turbine to be designed for small or medium-sized exhaust gas mass flows and thus for the lower or medium part-load range.

Der kleinere Turbinenquerschnitt sorgt für ein höheres Turbinendruckverhältnis bei kleinen und mittelgroßen Abgasmengen und damit verdichterseitig für ein höheres Ladedruckverhältnis und einen höheren Ladedruck bei kleinen bzw. mittelgroßen Ladeluftmengen.The smaller turbine cross-section ensures a higher turbine pressure ratio for small and medium-sized amounts of exhaust gas and thus a higher boost pressure ratio on the compressor side and a higher boost pressure for small and medium-sized amounts of charge air.

Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine aufgeladene Brennkraftmaschine bereitgestellt, mit der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden, deren Aufladeverhalten verbessert ist und deren Aufladung einen geringeren Raumbedarf aufweist.With the internal combustion engine according to the invention, the first object on which the invention is based is achieved, namely a supercharged one Internal combustion engine provided with which the disadvantages known from the prior art are overcome, the charging behavior is improved and the charging has a smaller space requirement.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous embodiments of the internal combustion engine are discussed in connection with the subclaims.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers ein Radialverdichter ist. Diese Ausführungsform gestattet ein dichtes Packaging des Abgasturboladers und damit der Aufladung insgesamt. Das Verdichtergehäuse kann als Spiral- oder Schneckengehäuse ausgeführt werden, wobei die Umlenkung der Ladeluftströmung im Verdichter des Abgasturboladers in vorteilhafter Weise dazu genutzt werden kann, die komprimierte Ladeluft auf kürzestem Weg von der Auslassseite, auf der die Turbine des Abgasturboladers angeordnet ist, auf die Einlassseite zu führen.Embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger is a radial compressor. This embodiment allows tight packaging of the exhaust gas turbocharger and thus of the charging system as a whole. The compressor housing can be designed as a spiral or snail housing, whereby the deflection of the charge air flow in the compressor of the exhaust gas turbocharger can be used in an advantageous manner to direct the compressed charge air over the shortest path from the outlet side, on which the turbine of the exhaust gas turbocharger is arranged, to the inlet side respectively.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Turbine des mindestens einen Abgasturboladers eine Radialturbine ist. Diese Ausführungsform gestattet ebenfalls ein dichtes Packaging des Abgasturboladers und damit der Aufladung insgesamt.Embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the turbine of the at least one exhaust gas turbocharger is a radial turbine. This embodiment also allows tight packaging of the exhaust gas turbocharger and thus of the charging system as a whole.

Aus Gründen des Packagings sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen nur ein Abgasturbolader vorgesehen ist.For reasons of packaging, embodiments of the internal combustion engine in which only one exhaust gas turbocharger is provided are also advantageous.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der zweite Verdichter einen Eintrittsbereich aufweist, der koaxial zur Welle des zweiten Verdichters verläuft und ausgebildet ist, so dass die Anströmung der Ladeluft zu dem zweiten Verdichter im Wesentlichen axial erfolgt. Diese Ausführungsform erleichtert die Anordnung des mindestens einen Laufrades im Verdichtergehäuse des zweiten Verdichters und die Ausbildung des elektrischen Antriebs.Embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the second compressor has an inlet region which runs coaxially to the shaft of the second compressor and is designed such that the charge air flows essentially axially to the second compressor. This embodiment facilitates the arrangement of the at least one impeller in the compressor housing of the second compressor and the design of the electric drive.

Ein solcher Antrieb wird beispielweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 40 122 A1 beschrieben und erörtert. So kann ein Elektromotor, d. h. ein elektrischer Antrieb, ausgebildet werden, der einen drehfest mit dem Verdichterlaufrad verbundenen Rotor und einen gehäusefest angeordneten Stator, der den Rotor radial umgreift, umfasst. Dabei ist der aus einem magnetischen Material gefertigte Rotor vorzugsweise ringförmig ausgebildet und sitzt auf der radial außenliegenden Kante des Verdichterlaufrades auf. Bei einer Bestromung des Stators, vorzugsweise einer Spule, wird eine den Rotor drehende elektromagnetische Kraft erzeugt.Such a drive is, for example, in the German Offenlegungsschrift DE 100 40 122 A1 described and discussed. In this way, an electric motor, ie an electric drive, can be formed which comprises a rotor which is connected in a torque-proof manner to the compressor impeller and a stator which is fixed to the housing and which radially surrounds the rotor. The rotor made of a magnetic material is preferably ring-shaped and sits on the radially outer edge of the compressor impeller. When the stator, preferably a coil, is energized, an electromagnetic force that rotates the rotor is generated.

Das Verdichterlaufrad kann auch in zwei Bereiche aufgeteilt werden, nämlich ein Vorsatzläuferrad, welches den Rotor bildet, und ein Hauptläuferrad, das die Wellennabe und die Laufschaufeln des Verdichterlaufrades umfasst. Das Vorsatzläuferrad ist stromaufwärts des Hauptläuferrades angeordnet.The compressor impeller can also be divided into two areas, namely an auxiliary impeller, which forms the rotor, and a main impeller, which includes the shaft hub and the rotor blades of the compressor impeller. The auxiliary rotor wheel is arranged upstream of the main rotor wheel.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Turbine des mindestens einen Abgasturboladers eine variable Turbinengeometrie aufweist.Embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the turbine of the at least one exhaust gas turbocharger has a variable turbine geometry.

Eine variable Turbinengeometrie erhöht die Flexibilität der Aufladung. Sie gestattet eine stufenlose Anpassung der Turbinengeometrie an den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, insbesondere an den momentanen Abgasmassenstrom. Im Gegensatz zu einer Turbine mit fester Geometrie muss die Turbine nicht strikt auf eine bestimmte Abgasmenge ausgelegt werden, weshalb die Turbine in einem weiten Drehzahl- bzw. Lastbereich für eine befriedigende Aufladung sorgt, nämlich den gewünschten Ladedruck auf der Einlassseite.Variable turbine geometry increases charging flexibility. It allows a stepless adjustment of the turbine geometry to the respective operating point of the internal combustion engine, in particular to the current exhaust gas mass flow. In contrast to a turbine with a fixed geometry, the turbine does not have to be designed strictly for a specific amount of exhaust gas, which is why the turbine ensures satisfactory supercharging over a wide speed and load range, namely the desired boost pressure on the inlet side.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine erste Bypassleitung vorgesehen ist, die ein Absperrelement aufweist und die stromaufwärts des zweiten Verdichters vom Ansaugsystem abzweigt und zwischen den Verdichtern wieder in das Ansaugsystem mündet.Embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which a first bypass line is provided which has a shut-off element and which branches off from the intake system upstream of the second compressor and opens back into the intake system between the compressors.

Bei kleinen Ladeluftmengen bzw. niedrigen Drehzahlen übernimmt primär der Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers die Verdichtung der Ladeluft, weshalb der zweite Verdichter vorzugsweise mittels erster Bypassleitung umgangen wird. Bei höheren Drehzahlen, d. h. bei größeren Ladeluftmengen, sorgt der zweite Verdichter für die Vorverdichtung der Ladeluft im Rahmen einer zweistufigen Aufladung, weshalb die erste Bypassleitung dann vorzugsweise zu schließen ist.In the case of small amounts of charge air or low speeds, the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger primarily takes over the compression of the charge air, which is why the second compressor is preferably bypassed by means of the first bypass line. At higher speeds, i. H. with larger amounts of charge air, the second compressor ensures the pre-compression of the charge air as part of a two-stage turbocharger, which is why the first bypass line should then preferably be closed.

In der Regel wird der zweite Verdichter aber keinen allzu großen Strömungswiderstand bei kleinen Ladeluftmengen darstellen, weshalb eine erste Bypassleitung nicht unter allen Umständen erforderlich sein wird.As a rule, however, the second compressor will not present an excessive flow resistance with small amounts of charge air, which is why a first bypass line will not be necessary under all circumstances.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers eine variable Verdichtergeometrie aufweist.Embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger has a variable compressor geometry.

Eine variable Verdichtergeometrie ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Turbine des Abgasturboladers über eine variable Turbinengeometrie verfügt und eine variable Verdichtergeometrie dann auf die Turbinengeometrie kontinuierlich abgestimmt werden kann.A variable compressor geometry is particularly advantageous if the turbine of the exhaust gas turbocharger has a variable turbine geometry and a variable compressor geometry can then be continuously adjusted to the turbine geometry.

Insbesondere, wenn nur ein geringer Abgasmassenstrom durch die Turbine geleitet wird, erweist sich eine variable Verdichtergeometrie als vorteilhaft, da durch Verstellen der Schaufeln die Pumpgrenze des Verdichters im Verdichterkennfeld hin zu kleinen Verdichterströmen verschoben werden kann und so ein Arbeiten des Verdichters jenseits der Pumpgrenze vermieden wird.In particular, if only a small exhaust gas mass flow is passed through the turbine, a variable compressor geometry proves to be advantageous, since the surge limit of the compressor in the compressor map can be shifted towards small compressor flows by adjusting the blades, thus avoiding the compressor working beyond the surge limit .

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine zweite Bypassleitung vorgesehen ist, die ein Absperrelement aufweist und die stromaufwärts des Verdichters des mindestens einen Abgasturboladers vom Ansaugsystem abzweigt und stromabwärts des Verdichters des mindestens einen Abgasturboladers wieder in das Ansaugsystem mündet.Embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which a second bypass line is provided which has a shut-off element and which branches off from the intake system upstream of the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger and re-enters the intake system downstream of the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger.

Die zweite Bypassleitung ermöglicht es, den Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers zu umgehen.The second bypass line makes it possible to bypass the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die dritte Bypassleitung stromabwärts der Turbine wieder in das Abgasabführsystem mündet, wobei zur Steuerung der Abgasabblasung ein Absperrelement in der dritten Bypassleitung vorgesehen ist. Hinsichtlich der Umgehung der Turbine mittels Bypassleitung wurde bereits ausgeführt. Auf die entsprechenden Ausführungen wird Bezug genommen.Embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the third bypass line opens back into the exhaust gas discharge system downstream of the turbine, with a shut-off element being provided in the third bypass line to control the exhaust gas discharge. With regard to bypassing the turbine using a bypass line, it has already been explained. Reference is made to the corresponding statements.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen stromabwärts des mindestens einen Laufrades des zweiten Verdichters eine Leiteinrichtung im Austrittsbereich des zweiten Verdichters angeordnet ist. Der Geschwindigkeitsvektor der Anströmung im Bereich des mindestens einen Laufrades des Verdichters des Abgasturboladers weist vorzugsweise auch eine radiale Komponente zur Welle auf, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird.Embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which a guide device is arranged in the outlet region of the second compressor downstream of the at least one impeller of the second compressor. The velocity vector of the oncoming flow in the area of the at least one impeller of the compressor of the exhaust gas turbocharger preferably also has a radial component to the shaft, which increases the efficiency.

Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen stromaufwärts des mindestens einen Laufrades des Verdichters des Abgasturboladers eine Leiteinrichtung im Eintrittsbereich vorgesehen ist.Therefore, embodiments of the internal combustion engine are also advantageous in which a guide device is provided in the inlet area upstream of the at least one impeller of the compressor of the exhaust gas turbocharger.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Leiteinrichtung im Austrittsbereich des zweiten Verdichters gelagert ist.In this context, embodiments of the internal combustion engine in which the guide device is mounted in the outlet region of the second compressor are advantageous.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Leiteinrichtung die Welle des zweiten Verdichters zwecks Lagerung aufnimmt.In this connection, embodiments of the internal combustion engine in which the guide device accommodates the shaft of the second compressor for the purpose of storage are also advantageous.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen stromaufwärts des mindestens einen Laufrades des zweiten Verdichters eine Halterung zwecks Lagerung der Welle des zweiten Verdichters angeordnet ist.Embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which a holder for the purpose of supporting the shaft of the second compressor is arranged upstream of the at least one impeller of the second compressor.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen stromabwärts der Verdichter ein Ladeluftkühler im Ansaugsystem angeordnet ist. Der Ladeluftkühler senkt die Lufttemperatur und steigert damit die Dichte der Ladeluft, wodurch auch der Kühler zu einer besseren Füllung des Brennraums mit Luft, d. h. zu einer größeren Luftmasse beiträgt.Embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which an intercooler is arranged in the intake system downstream of the compressor. The intercooler lowers the air temperature and thus increases the density of the charge air, which also means that the cooler can be used to better fill the combustion chamber with air, i. H. contributes to a larger air mass.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen sich ein zwischen dem Austrittsbereich des zweiten Verdichters und dem Eintrittsbereich des Verdichters des mindestens einen Abgasturboladers vorgesehener Abschnitt des Ansaugsystems verjüngt.Embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which a section of the intake system provided between the outlet area of the second compressor and the inlet area of the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger tapers.

Vorteilhaft ist dies im Hinblick auf eine zweistufige Verdichtung der Ladeluft, bei der die Dichte der Ladeluft bereits stromaufwärts des Verdichters des Abgasturboladers vergrößert wird.This is advantageous with regard to a two-stage compression of the charge air, in which the density of the charge air is already increased upstream of the compressor of the exhaust gas turbocharger.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Absperrelement in der ersten, zweiten, und/oder dritten Bypassleitung ein Ventil oder eine Drosselklappe ist. Embodiments of the internal combustion engine are advantageous in which the shut-off element in the first, second and/or third bypass line is a valve or a throttle valve.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen, bei denen das Absperrelement elektrisch, hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder magnetisch steuerbar ist, vorzugsweise mittels Motorsteuerung.Embodiments are advantageous in which the shut-off element can be controlled electrically, hydraulically, pneumatically, mechanically or magnetically, preferably by means of a motor control.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen eine Abgasrückführung vorgesehen ist.Embodiments of the supercharged internal combustion engine in which exhaust gas recirculation is provided are advantageous.

Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen eine Abgasrückführung vorgesehen ist, welche eine Leitung umfasst, die stromaufwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem abzweigt und in das Ansaugsystem mündet, vorzugsweise stromabwärts der Verdichter.In this context, embodiments of the supercharged internal combustion engine are advantageous in which exhaust gas recirculation is provided, which includes a line that branches off from the exhaust gas discharge system upstream of the turbine and opens into the intake system, preferably downstream of the compressor.

Um zukünftige Grenzwerte für Stickoxidemissionen einzuhalten, wird zunehmend häufig eine Abgasrückführung eingesetzt, d. h. die Rückführung von Abgasen von der Auslassseite auf die Einlassseite, bei der mit zunehmender Abgasrückführrate die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden können. Die Abgasrückführrate xAGR bestimmt sich dabei mit xAGR = mAGR / (mAGR + mFrischluft), wobei mAGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und mFrischluft die zugeführte - gegebenenfalls durch einen Verdichter geführte und komprimierte - Frischluft bzw. Verbrennungsluft bezeichnet. Die Abgasrückführung eignet sich auch zur Reduzierung der Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Teillastbereich. Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erreichen, sind hohe Abgasrückführraten erforderlich.In order to comply with future limit values for nitrogen oxide emissions, exhaust gas recirculation is increasingly being used, ie the recirculation of exhaust gases from the outlet side to the inlet side, in which the nitrogen oxide emissions can be significantly reduced as the exhaust gas recirculation rate increases. The exhaust gas recirculation rate x AGR is determined with x AGR = m AGR / (m AGR + m fresh air ), where m AGR is the mass of recirculated exhaust gas and m fresh air is the supplied fresh air - possibly guided and compressed by a compressor referred to as air or combustion air. Exhaust gas recirculation is also suitable for reducing emissions of unburned hydrocarbons in the partial load range. In order to achieve a significant reduction in nitrogen oxide emissions, high exhaust gas recirculation rates are required.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Leitung zur Abgasrückführung stromabwärts eines Ladeluftkühlers in das Ansaugsystem mündet. Auf diese Weise wird der Abgasstrom nicht durch den Ladeluftkühler geführt und kann folglich diesen Kühler nicht durch Ablagerungen von im Abgasstrom enthaltenen Schadstoffen, insbesondere Rußpartikeln und Öl, verschmutzen.Embodiments are advantageous in which the line for exhaust gas recirculation opens into the intake system downstream of an intercooler. In this way, the exhaust gas flow is not routed through the intercooler and consequently cannot contaminate this cooler with deposits of pollutants contained in the exhaust gas flow, in particular soot particles and oil.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen in der Leitung zur Abgasrückführung ein zusätzlicher Kühler vorgesehen ist. Dieser zusätzliche Kühler senkt die Temperatur im heißen Abgasstrom und steigert damit die Dichte der Abgase. Die Temperatur der Zylinderfrischladung, die sich bei der Mischung der Frischluft mit den rückgeführten Abgasen einstellt, wird hierdurch folglich weiter gesenkt, wodurch auch der zusätzliche Kühler zu einer besseren Füllung des Brennraums mit Ladeluft beiträgt.Embodiments are advantageous in which an additional cooler is provided in the exhaust gas recirculation line. This additional cooler lowers the temperature in the hot exhaust gas flow and thus increases the density of the exhaust gases. As a result, the temperature of the cylinder fresh charge, which occurs when the fresh air is mixed with the recirculated exhaust gases, is further reduced, which means that the additional cooler also contributes to better filling of the combustion chamber with charge air.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen in der Leitung zur Abgasrückführung ein Absperrelement vorgesehen ist. Dieses Absperrelement dient der Steuerung der Abgasrückführrate.Embodiments are advantageous in which a shut-off element is provided in the exhaust gas recirculation line. This shut-off element is used to control the exhaust gas recirculation rate.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der aufgeladenen Brennkraftmaschine, bei denen eine Abgasrückführung vorgesehen ist, welche eine Leitung umfasst, die stromabwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem abzweigt und in das Ansaugsystem mündet, vorzugsweise stromaufwärts der Verdichter.Also advantageous are embodiments of the supercharged internal combustion engine in which exhaust gas recirculation is provided, which includes a line that branches off from the exhaust gas discharge system downstream of the turbine and opens into the intake system, preferably upstream of the compressor.

Im Gegensatz zu der bereits erwähnten Hochdruck-AGR, die stromaufwärts der Turbine Abgas aus dem Abgasabführsystem entnimmt und stromabwärts der Verdichter in das Ansaugsystem einbringt, wird bei einer Niederdruck-AGR Abgas auf die Einlassseite zurückgeführt, welches die Turbine bereits durchströmt hat. Hierzu umfasst die Niederdruck-AGR eine Rückführleitung, die stromabwärts der Turbine aus dem Abgasabführsystem abzweigt und stromaufwärts der Verdichter in das Ansaugsystem mündet.In contrast to the already mentioned high-pressure EGR, which extracts exhaust gas from the exhaust gas removal system upstream of the turbine and introduces it into the intake system downstream of the compressor, low-pressure EGR returns exhaust gas that has already flowed through the turbine to the inlet side. For this purpose, the low-pressure EGR includes a recirculation line, which branches off from the exhaust gas discharge system downstream of the turbine and opens into the intake system upstream of the compressor.

Das mittels Niederdruck-AGR auf die Einlassseite zurückgeführte und vorzugsweise gekühlte Abgas wird stromaufwärts der Verdichter mit Frischluft gemischt. Die auf diese Weise erzeugte Mischung aus Frischluft und rückgeführtem Abgas bildet die Ladeluft, die den Verdichtern zugeführt und verdichtet wird.The exhaust gas, which is returned to the inlet side by means of low-pressure EGR and is preferably cooled, is mixed with fresh air upstream of the compressor. The mixture of fresh air and recirculated exhaust gas generated in this way forms the charge air, which is fed to the compressors and compressed.

Dabei ist es unschädlich, dass im Rahmen der Niederdruck-AGR Abgas durch die Verdichter hindurchgeführt wird, da in der Regel Abgas verwendet wird, welches stromabwärts der Turbine einer Abgasnachbehandlung, insbesondere im Partikelfilter, unterzogen wurde. Ablagerungen im Verdichter, welche die Geometrie des Verdichters, insbesondere die Strömungsquerschnitte, verändern und auf diese Weise den Wirkungsgrad des Verdichters verschlechtern, sind daher nicht zu befürchten.It is harmless that exhaust gas is passed through the compressor as part of the low-pressure EGR, since exhaust gas is generally used which has been subjected to exhaust gas aftertreatment downstream of the turbine, in particular in the particle filter. Deposits in the compressor, which change the geometry of the compressor, in particular the flow cross sections, and in this way impair the efficiency of the compressor, are therefore not to be feared.

Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine einer vorstehend beschriebenen Art aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der zweite Verdichter zugeschaltet wird, sobald die Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine eine vorgebbare Drehzahl nthreshold,1 überschreitet und/oder ein höheres Drehmoment angefordert wird, so dass die Ladeluft im Rahmen einer zweistufigen Kompression verdichtet wird.The second sub-task on which the invention is based, namely to show a method for operating an internal combustion engine of the type described above, is achieved by a method which is characterized in that the second compressor is switched on as soon as the speed n mot of the internal combustion engine reaches a predetermined speed n threshold,1 is exceeded and/or a higher torque is requested, so that the charge air is compressed as part of a two-stage compression.

Das bereits für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die vorstehend hinsichtlich der aufgeladenen Brennkraftmaschine gemachten Ausführungen. Die verschiedenen Brennkraftmaschinen erfordern teils unterschiedliche Verfahrensvarianten.What has already been said for the internal combustion engine according to the invention also applies to the method according to the invention, which is why reference is generally made at this point to the statements made above with regard to the supercharged internal combustion engine. The various internal combustion engines sometimes require different process variants.

Vorliegend dient der zweite Verdichter der Vorverdichtung der Ladeluft bei größeren Ladeluftmengen bzw. höheren Drehzahlen, d. h. zur Verbesserung der Drehmomentcharakteristik im oberen Drehzahlbereich. Bei kleineren Ladeluftmengen bzw. niedrigeren Drehzahlen könnte der zweite Verdichter dann mittels erster Bypassleitung umgangen werden und der Verdichter des mindestens einen Abgasturboladers sorgt für die Verdichtung der Ladeluft im Rahmen einer einstufigen Aufladung.In the present case, the second compressor serves to pre-compress the charge air in the case of larger quantities of charge air or higher speeds, i. H. to improve the torque characteristics in the upper speed range. In the case of smaller amounts of charge air or lower speeds, the second compressor could then be bypassed by means of the first bypass line and the compressor of the at least one exhaust gas turbocharger ensures compression of the charge air as part of a single-stage supercharging.

Bei Brennkraftmaschinen, bei denen eine erste Bypassleitung vorgesehen ist, die ein Absperrelement aufweist und die stromaufwärts des zweiten Verdichters vom Ansaugsystem abzweigt und zwischen den Verdichtern wieder in das Ansaugsystem mündet, sind daher auch Verfahrensvarianten vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die erste Bypassleitung geöffnet wird, sobald die Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine eine vorgebbare Drehzahl nthreshold,2 unterschreitet.In the case of internal combustion engines in which a first bypass line is provided which has a shut-off element and which branches off from the intake system upstream of the second compressor and opens back into the intake system between the compressors, method variants are therefore also advantageous which are characterized in that the first bypass line is open is as soon as the speed n mot of the internal combustion engine falls below a predefinable speed n threshold,2 .

Vorteilhaft sind auch Verfahrensvarianten, bei denen die dritte Bypassleitung geöffnet wird, sobald die Abgasmenge einer vorgebbare Abgasmenge übersteigt.Method variants in which the third bypass line is opened as soon as the amount of exhaust gas exceeds a definable amount of exhaust gas are also advantageous.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:

  • 1 schematisch die Aufladung einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine, teilweise geschnitten.
In the following, the invention is based on an exemplary embodiment 1 described in more detail. This shows:
  • 1 schematically the supercharging of a first embodiment of the internal combustion engine, partially sectioned.

1 zeigt schematisch die Aufladung einer ersten Ausführungsform der aufgeladenen Brennkraftmaschine, teilweise geschnitten. 1 shows schematically the supercharging of a first embodiment of the supercharged internal combustion engine, partially in section.

Zum Zuführen der Ladeluft zu den Zylindern verfügt die Brennkraftmaschine über ein Ansaugsystem 1. Zwecks Aufladung der Zylinder ist ein Abgasturbolader 2 vorgesehen, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine 4 und einen im Ansaugsystem 1 angeordneten Verdichter 3 umfasst. Die Turbine 4 ist eine Radialturbine 4a und der Verdichter 3 ist ein Radialverdichter 3b, in dessen Gehäuse 3e ein Laufrad 3d auf einer drehbaren Welle 3c gelagert ist.The internal combustion engine has an intake system 1 for supplying the charge air to the cylinders. An exhaust gas turbocharger 2 is provided for the purpose of charging the cylinders. The turbine 4 is a radial turbine 4a and the compressor 3 is a radial compressor 3b, in the housing 3e of which an impeller 3d is mounted on a rotatable shaft 3c.

Zur Unterstützung der Aufladung im Bedarfsfall und zur Verbesserung der Drehmomentcharakteristik ist stromaufwärts des Verdichters 3 des Abgasturboladers 2 ein elektrisch antreibbarer zweiter Verdichter 5 im Ansaugsystem 1 angeordnet, in dessen Verdichtergehäuse 5e ein Laufrad 5d auf einer drehbaren Welle 5c gelagert ist. Dieser zweite Verdichter 5 ist ein Axialverdichter 5b, dessen Eintrittsbereich 5g bzw. Austrittsbereich 5a koaxial zur Welle 5c des zweiten Verdichters 5 verläuft und ausgebildet ist, so dass sowohl die Anströmung der Ladeluft zu dem zweiten Verdichter 5 als auch die Abströmung der Ladeluft aus dem zweiten Verdichter 5 im Wesentlichen axial erfolgt.To support charging if necessary and to improve the torque characteristics, an electrically drivable second compressor 5 is arranged in the intake system 1 upstream of the compressor 3 of the exhaust gas turbocharger 2, in whose compressor housing 5e an impeller 5d is mounted on a rotatable shaft 5c. This second compressor 5 is an axial compressor 5b, the inlet area 5g or outlet area 5a of which runs coaxially to the shaft 5c of the second compressor 5 and is designed so that both the inflow of the charge air to the second compressor 5 and the outflow of the charge air from the second Compressor 5 takes place essentially axially.

Stromabwärts des Laufrades 5d des zweiten Verdichters 5 ist eine Leiteinrichtung 5f im Austrittsbereich 5a des zweiten Verdichters 5 angeordnet. Die Leiteinrichtung 5f nimmt auch die Welle 5c des zweiten Verdichters 5 zwecks Lagerung auf, wobei eine stromaufwärts des Laufrades 5d angeordnete Halterung 5h die Lagerung der Welle 5c des zweiten Verdichters 5 ergänzt.A guide device 5f is arranged in the outlet region 5a of the second compressor 5 downstream of the impeller 5d of the second compressor 5 . The guide device 5f also accommodates the shaft 5c of the second compressor 5 for the purpose of bearing, with a bracket 5h arranged upstream of the impeller 5d supplementing the bearing of the shaft 5c of the second compressor 5.

Der Verdichter 3 des Abgasturboladers 2 weist einen Eintrittsbereich 3a auf, der koaxial zur Welle 3c des Verdichters 3 und koaxial zum Austrittsbereich 5a des zweiten Verdichters 5 verläuft und ausgebildet ist, so dass die Anströmung der Ladeluft zu dem Verdichter 3 des Abgasturboladers 2 im Wesentlichen axial erfolgt und der Abschnitt 6 des Ansaugsystems 1 zwischen den Verdichtern 3, 5 vergleichsweise kurz und kleinvolumig ist und keine Richtungsänderungen aufweist.The compressor 3 of the exhaust gas turbocharger 2 has an inlet area 3a, which runs coaxially to the shaft 3c of the compressor 3 and coaxially to the outlet area 5a of the second compressor 5 and is designed so that the charge air flows to the compressor 3 of the exhaust gas turbocharger 2 essentially axially takes place and the section 6 of the intake system 1 between the compressors 3, 5 is comparatively short and small in volume and has no changes in direction.

Der zweite Verdichter 5 wird elektrisch angetrieben und im Bedarfsfall zugeschaltet, wobei der elektrische Antrieb, d. h. der Elektromotor, unter Verwendung eines drehfest mit dem Verdichterlaufrad 5d verbundenen Rotors 8b und eines gehäusefest angeordneten Stators 8a, der den Rotor 8b radial umgreift, ausgebildet wird.The second compressor 5 is electrically driven and switched on if necessary, the electric drive, i. H. the electric motor is formed using a rotor 8b which is connected in a rotationally fixed manner to the compressor impeller 5d and a stator 8a which is fixed to the housing and which radially surrounds the rotor 8b.

Der aus einem magnetischen Material gefertigte Rotor 8b ist ringförmig ausgebildet und sitzt auf den radial außenliegenden Kanten der Verdichterlaufradschaufeln. Bei einer Bestromung des Stators 8a, einer Spule, wird eine den Rotor 8b drehende elektromagnetische Kraft erzeugt.The rotor 8b made of a magnetic material is ring-shaped and sits on the radially outer edges of the compressor impeller blades. When the stator 8a, a coil, is energized, an electromagnetic force rotating the rotor 8b is generated.

Der Verdichter 3 des Abgasturboladers 2 ist kleiner ausgelegt als der zweite Verdichter 5, der nur im Bedarfsfall zugeschaltet wird. Vorliegend übernimmt der zweite Verdichter 5 die Vorverdichtung der Ladeluft bei höheren Drehzahlen, d. h. im oberen Drehzahlbereich. Bei niedrigeren Drehzahlen sorgt der Verdichter 3 des Abgasturboladers 2 für die Verdichtung der Ladeluft im Rahmen einer einstufigen Aufladung, wobei der zweite Verdichter 5 mittels Bypassleitung 7, die stromaufwärts des zweiten Verdichters 5 vom Ansaugsystem 1 abzweigt und zwischen den Verdichtern 3, 5 wieder in das Ansaugsystem 1 mündet, umgangen werden kann. Eingangs dieser ersten Bypassleitung 7 ist eine als Absperrelement 7a dienende Klappe 7b vorgesehen.The compressor 3 of the exhaust gas turbocharger 2 is designed to be smaller than the second compressor 5, which is only switched on when necessary. In the present case, the second compressor 5 takes over the pre-compression of the charge air at higher speeds, i. H. in the upper speed range. At lower speeds, the compressor 3 of the exhaust gas turbocharger 2 ensures the compression of the charge air as part of a single-stage supercharging, with the second compressor 5 using a bypass line 7, which branches off from the intake system 1 upstream of the second compressor 5 and between the compressors 3, 5 back into the Intake system 1 opens, can be bypassed. A flap 7b serving as a shut-off element 7a is provided at the inlet of this first bypass line 7 .

BezugszeichenlisteReference List

1
Ansaugsystem
2
Abgasturbolader
3
Verdichter des Abgasturboladers
3a
Eintrittsbereich des Verdichters des Abgasturboladers
3b
Radialverdichter
3c
Welle des Verdichters des Abgasturboladers
3d
Laufrad des Verdichters des Abgasturboladers
3e
Verdichtergehäuse des Abgasturboladers
4
Turbine des Abgasturboladers
4a
Radialturbine
5
zweiter Verdichter
5a
Austrittsbereich des zweiten Verdichters
5b
Axialverdichter
5c
Welle des zweiten Verdichters
5d
Laufrad des zweiten Verdichters
5e
Verdichtergehäuse des zweiten Verdichters
5f
Leiteinrichtung
5g
Eintrittsbereich des zweiten Verdichters
5h
Halterung
6
Abschnitt des Ansaugsystems, Zwischenstück
7
erste Bypassleitung
7a
Absperrelement
7b
Klappe
8a
Stator
8b
Rotor
Abkürzungsverzeichnis
AGR
Abgasrückführung
mAGR
Masse an zurückgeführtem Abgas
mFrischluft
Masse an zugeführter Frischluft bzw. Ladeluft
nmot
Drehzahl der Brennkraftmaschine
nthreshold,1
vorgebbare Drehzahl für das Zuschalten des zweiten Verdichters
xAGR
Abgasrückführrate
1
intake system
2
exhaust gas turbocharger
3
Compressor of the exhaust gas turbocharger
3a
Inlet area of the compressor of the exhaust gas turbocharger
3b
centrifugal compressor
3c
Compressor shaft of the exhaust gas turbocharger
3d
Impeller of the compressor of the exhaust gas turbocharger
3e
Compressor housing of the exhaust gas turbocharger
4
Turbine of the exhaust gas turbocharger
4a
radial turbine
5
second compressor
5a
Outlet area of the second compressor
5b
axial compressor
5c
Shaft of the second compressor
5d
Impeller of the second compressor
5e
Compressor housing of the second compressor
5f
control device
5g
Entry area of the second compressor
5h
bracket
6
Intake system section, intermediate piece
7
first bypass line
7a
shut-off element
7b
flap
8a
stator
8b
rotor
List of abbreviations
EGR
exhaust gas recirculation
MAGR
Mass of recirculated exhaust gas
mfresh air
Mass of supplied fresh air or charge air
nmot
speed of the internal combustion engine
threshold,1
Predeterminable speed for switching on the second compressor
xEGR
exhaust gas recirculation rate

Claims (17)

Aufgeladene Brennkraftmaschine mit - einem Ansaugsystem (1) zum Zuführen von Ladeluft, - einem Abgasabführsystem zum Abführen von Abgas, und - mindestens einem Abgasturbolader (2), der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine (4) und einen im Ansaugsystem (1) angeordneten Verdichter (3) umfasst, wobei der Verdichter (3) mit mindestens einem in einem Verdichtergehäuse (3e) auf einer drehbaren Welle (3c) gelagerten Laufrad (3d) ausgestattet ist, wobei - ein elektrisch antreibbarer zweiter Verdichter (5) stromaufwärts des Verdichters (3) des mindestens einen Abgasturboladers (2) im Ansaugsystem (1) angeordnet ist, wobei der zweite Verdichter (5) mindestens ein in einem Verdichtergehäuse (5e) auf einer drehbaren Welle (5c) gelagertes Laufrad (5d) umfasst und ein Axialverdichter (5b) ist, dessen Austrittsbereich (5a) koaxial zur Welle (5c) des zweiten Verdichters (5) verläuft, so dass die Abströmung der Ladeluft aus dem zweiten Verdichter (5) via Austrittsbereich (5a) im Wesentlichen axial erfolgt, wobei - der elektrisch antreibbare zweite Verdichter (5) als zuschaltbarer Verdichter (5) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - der Verdichter (3) des mindestens einen Abgasturboladers (2) einen Eintrittsbereich (3a) aufweist, der koaxial zur Welle (3c) des Verdichters (3) und koaxial zum Austrittsbereich (5a) des zweiten Verdichters (5) verläuft und ausgebildet ist, so dass die Anströmung der Ladeluft zu dem Verdichter (3) des mindestens einen Abgasturboladers (2) im Wesentlichen axial erfolgt, - der zweite Verdichter (5) auf größere Volumenströme ausgelegt ist als der Verdichter (3) des mindestens einen Abgasturboladers (2), und - zum Zwecke der Abgasabblasung eine dritte Bypassleitung vorgesehen ist, die stromaufwärts der Turbine (4) vom Abgasabführsystem abzweigt. Supercharged internal combustion engine with - an intake system (1) for supplying charge air, - an exhaust gas discharge system for discharging exhaust gas, and - at least one exhaust gas turbocharger (2), which has a turbine (4) arranged in the exhaust gas discharge system and a compressor (4) arranged in the intake system (1). 3), wherein the compressor (3) is equipped with at least one impeller (3d) mounted on a rotatable shaft (3c) in a compressor housing (3e), wherein - an electrically drivable second compressor (5) upstream of the compressor (3) of the at least one exhaust gas turbocharger (2) is arranged in the intake system (1), the second compressor (5) comprising at least one impeller (5d) mounted on a rotatable shaft (5c) in a compressor housing (5e) and being an axial compressor (5b). , whose outlet area (5a) runs coaxially to the shaft (5c) of the second compressor (5), so that the outflow of the charge air from the second compressor (5) via the outlet area (5a) essentially a xial takes place, wherein - the electrically drivable second compressor (5) is designed as a switchable compressor (5), characterized in that - the compressor (3) of the at least one exhaust gas turbocharger (2) has an inlet area (3a) which is coaxial to the shaft (3c) of the compressor (3) and runs coaxially to the outlet area (5a) of the second compressor (5) and is designed so that the charge air flows towards the compressor (3) of the at least one exhaust gas turbocharger (2) essentially axially, - the second compressor (5) is designed for larger volume flows than the compressor (3) of the at least one exhaust gas turbocharger (2), and - a third bypass line is provided for the purpose of blowing off the exhaust gas, which branches off from the exhaust gas removal system upstream of the turbine (4). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (3) des mindestens einen Abgasturboladers (2) ein Radialverdichter (3b) ist.Supercharged internal combustion engine claim 1 , characterized in that the compressor (3) of the at least one exhaust gas turbocharger (2) is a radial compressor (3b). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (4) des mindestens einen Abgasturboladers (2) ein Radialturbine (4a) ist.Supercharged internal combustion engine claim 1 or 2 , characterized in that the turbine (4) of the at least one exhaust gas turbocharger (2) is a radial turbine (4a). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verdichter (5) einen Eintrittsbereich (5g) aufweist, der koaxial zur Welle (5c) des zweiten Verdichters (5) verläuft und ausgebildet ist, so dass die Anströmung der Ladeluft zu dem zweiten Verdichter (5) im Wesentlichen axial erfolgt.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the second compressor (5) has an inlet area (5g) which runs coaxially to the shaft (5c) of the second compressor (5) and is designed so that the onflow of the charge air the second compressor (5) takes place essentially axially. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (4) des mindestens einen Abgasturboladers (2) eine variable Turbinengeometrie aufweist.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the turbine (4) of the at least one exhaust gas turbocharger (2) has a variable turbine geometry. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Bypassleitung (7) vorgesehen ist, die ein Absperrelement (7a) aufweist und die stromaufwärts des zweiten Verdichters (5) vom Ansaugsystem (1) abzweigt und zwischen den Verdichtern (3, 5) wieder in das Ansaugsystem (1) mündet.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a first bypass line (7) is provided which has a shut-off element (7a) and which branches off from the intake system (1) upstream of the second compressor (5) and between the compressors (3, 5) flows back into the intake system (1). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (3) des mindestens einen Abgasturboladers (2) eine variable Verdichtergeometrie aufweist.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the compressor (3) of the at least one exhaust gas turbocharger (2) has a variable compressor geometry. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Bypassleitung vorgesehen ist, die ein Absperrelement aufweist und die stromaufwärts des Verdichters (3) des mindestens einen Abgasturboladers (2) vom Ansaugsystem (1) abzweigt und stromabwärts des Verdichters (3) des mindestens einen Abgasturboladers (2) wieder in das Ansaugsystem (1) mündet.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a second bypass line is provided which has a shut-off element and which branches off from the intake system (1) upstream of the compressor (3) of the at least one exhaust gas turbocharger (2) and downstream of the compressor (3) of the at least one exhaust gas turbocharger (2) flows back into the intake system (1). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Bypassleitung stromabwärts der Turbine (4) des mindestens einen Abgasturboladers (2) wieder in das Abgasabführsystem mündet, wobei zur Steuerung der Abgasabblasung ein Absperrelement in der dritten Bypassleitung vorgesehen ist.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the third bypass line opens out again into the exhaust gas discharge system downstream of the turbine (4) of the at least one exhaust gas turbocharger (2), a shut-off element being provided in the third bypass line to control the exhaust gas discharge. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des mindestens einen Laufrades (5d) des zweiten Verdichters (5) eine Leiteinrichtung (5f) im Austrittsbereich (5a) des zweiten Verdichters (5) angeordnet ist.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a guide device (5f) is arranged in the outlet region (5a) of the second compressor (5) downstream of the at least one impeller (5d) of the second compressor (5). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung (5f) im Austrittsbereich (5a) des zweiten Verdichters (5) gelagert ist.Supercharged internal combustion engine claim 10 , characterized in that the guide device (5f) is mounted in the outlet area (5a) of the second compressor (5). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung (5f) die Welle (5c) des zweiten Verdichters (5) zwecks Lagerung aufnimmt.Supercharged internal combustion engine claim 10 or 11 , characterized in that the guide device (5f) receives the shaft (5c) of the second compressor (5) for the purpose of storage. Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des mindestens einen Laufrades (5d) des zweiten Verdichters (5) eine Halterung (5h) zwecks Lagerung der Welle (5c) des zweiten Verdichters (5) angeordnet ist.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that upstream of the at least one impeller (5d) of the second compressor (5) there is a bracket (5h) for the purpose of supporting the shaft (5c) of the second compressor (5). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Verdichter (3, 5) ein Ladeluftkühler im Ansaugsystem (1) angeordnet ist.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a charge air cooler is arranged in the intake system (1) downstream of the compressor (3, 5). Aufgeladene Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein zwischen dem Austrittsbereich (5a) des zweiten Verdichters (5) und dem Eintrittsbereich (3a) des Verdichters (3) des mindestens einen Abgasturboladers (2) vorgesehener Abschnitt (6) des Ansaugsystems (1) verjüngt.Supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a section (6) of the Intake system (1) tapers. Verfahren zum Betreiben einer aufgeladenen Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verdichter (5) zugeschaltet wird, sobald die Drehzahl nmot der Brennkraftmaschine eine vorgebbare Drehzahl nthreshold,1 überschreitet, um die Ladeluft im Rahmen einer zweistufigen Kompression zu verdichten.Method for operating a supercharged internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the second compressor (5) is switched on as soon as the speed n mot of the internal combustion engine exceeds a predefinable speed n threshold,1 in order to increase the charge air as part of a two-stage compression condense. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Bypassleitung geöffnet wird, sobald die Abgasmenge einer vorgebbare Abgasmenge übersteigt.procedure after Claim 16 , characterized in that the third bypass line is opened as soon as the amount of exhaust gas exceeds a predetermined amount of exhaust gas.
DE102015205676.7A 2014-07-03 2015-03-30 Supercharged internal combustion engine with exhaust gas turbocharger and additional compressor and method for operating such an internal combustion engine Active DE102015205676B4 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014212968.0 2014-07-03
DE102014212968 2014-07-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102015205676A1 DE102015205676A1 (en) 2016-01-07
DE102015205676B4 true DE102015205676B4 (en) 2022-03-31

Family

ID=53184727

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015205676.7A Active DE102015205676B4 (en) 2014-07-03 2015-03-30 Supercharged internal combustion engine with exhaust gas turbocharger and additional compressor and method for operating such an internal combustion engine
DE102015205677.5A Withdrawn DE102015205677A1 (en) 2014-07-03 2015-03-30 Supercharged internal combustion engine with exhaust gas turbocharger and auxiliary compressor and method for operating such an internal combustion engine
DE202015101588.7U Expired - Lifetime DE202015101588U1 (en) 2014-07-03 2015-03-30 Charged internal combustion engine with turbocharger and auxiliary compressor

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015205677.5A Withdrawn DE102015205677A1 (en) 2014-07-03 2015-03-30 Supercharged internal combustion engine with exhaust gas turbocharger and auxiliary compressor and method for operating such an internal combustion engine
DE202015101588.7U Expired - Lifetime DE202015101588U1 (en) 2014-07-03 2015-03-30 Charged internal combustion engine with turbocharger and auxiliary compressor

Country Status (1)

Country Link
DE (3) DE102015205676B4 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106939824A (en) * 2017-05-11 2017-07-11 大连依勒斯涡轮增压技术有限公司 A kind of composite power axial and radial flowing compressor

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6328024B1 (en) 1999-03-30 2001-12-11 Mark S. Kibort Axial flow electric supercharger
DE10040122A1 (en) 2000-08-17 2002-02-28 Daimler Chrysler Ag Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine
DE10213897A1 (en) 2002-03-28 2003-10-09 Daimler Chrysler Ag Variable turbocharger
EP1710415A1 (en) 2005-04-04 2006-10-11 ABB Turbo Systems AG Multiple step turbocharging
EP1995427A1 (en) 2007-05-24 2008-11-26 Lindenmaier AG Compressor system
DE102008026025A1 (en) 2008-05-30 2009-09-03 Voith Patent Gmbh Drive train for motor vehicle, has exhaust-gas turbine arranged in flow direction of exhaust gas behind fresh air compressor, where direction inflow of compressor corresponds to direction of outflow of another compressor
DE102010023188A1 (en) 2010-06-09 2011-12-15 D. Brown Traktoren Gmbh Charger for internal combustion engines

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6328024B1 (en) 1999-03-30 2001-12-11 Mark S. Kibort Axial flow electric supercharger
DE10040122A1 (en) 2000-08-17 2002-02-28 Daimler Chrysler Ag Exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine
DE10213897A1 (en) 2002-03-28 2003-10-09 Daimler Chrysler Ag Variable turbocharger
EP1710415A1 (en) 2005-04-04 2006-10-11 ABB Turbo Systems AG Multiple step turbocharging
EP1995427A1 (en) 2007-05-24 2008-11-26 Lindenmaier AG Compressor system
DE102008026025A1 (en) 2008-05-30 2009-09-03 Voith Patent Gmbh Drive train for motor vehicle, has exhaust-gas turbine arranged in flow direction of exhaust gas behind fresh air compressor, where direction inflow of compressor corresponds to direction of outflow of another compressor
DE102010023188A1 (en) 2010-06-09 2011-12-15 D. Brown Traktoren Gmbh Charger for internal combustion engines

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015205677A1 (en) 2016-01-07
DE102015205676A1 (en) 2016-01-07
DE202015101588U1 (en) 2015-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014216162B4 (en) Charged internal combustion engine with exhaust gas turbocharger and method for operating such an internal combustion engine
DE102014216820B4 (en) Method for operating a supercharged internal combustion engine
DE202014103795U1 (en) Charged internal combustion engine with turbocharger
DE102017208070B4 (en) Supercharged internal combustion engine with low-pressure exhaust gas recirculation and swiveling flap
DE102014221331A1 (en) Method for operating a supercharged internal combustion engine and internal combustion engine for carrying out such a method comprising a variable turbine
EP2058485B1 (en) Charged combustion engine and method for operating such a combustion engine
DE102014211127B4 (en) Supercharged internal combustion engine with exhaust gas turbochargers arranged in series and exhaust gas recirculation and method for operating such an internal combustion engine
DE102014218345A1 (en) Charged internal combustion engine with exhaust gas turbochargers arranged in series
DE202015101916U1 (en) Two-stage rechargeable internal combustion engine with turbocharger
DE102015205676B4 (en) Supercharged internal combustion engine with exhaust gas turbocharger and additional compressor and method for operating such an internal combustion engine
DE102016200918B3 (en) Supercharged internal combustion engine with compressor and method for operating such an internal combustion engine
DE102014212967B4 (en) Supercharged internal combustion engine with exhaust gas turbocharger and method for operating such an internal combustion engine
DE202014104419U1 (en) Charged internal combustion engine with exhaust gas turbochargers arranged in series
DE202015101927U1 (en) Charged internal combustion engine with compressor and electric machine
DE102016200891B4 (en) Supercharged internal combustion engine with compressor and method for operating such an internal combustion engine
DE102018219451A1 (en) Supercharged internal combustion engine with exhaust gas recirculation and method for producing the compressor housing of such an internal combustion engine
DE202014103104U1 (en) Charged internal combustion engine with turbocharger
EP2058486B1 (en) Charged combustion engine and method for operating such a combustion engine
DE102016215862A1 (en) Internal combustion engine with compressor, exhaust gas recirculation and a valve unit connected to the compressor
DE102020203049B4 (en) Supercharged internal combustion engine with an electrically drivable compressor and method for operating such an internal combustion engine
DE102015219122A1 (en) Method for boost pressure adjustment of a supercharged internal combustion engine with electric machine and internal combustion engine for carrying out such a method
DE102016215861B4 (en) Internal combustion engine with compressor, exhaust gas recirculation and a valve unit connected to the compressor
DE102014216163A1 (en) Charged internal combustion engine with exhaust gas turbocharger and method for operating such an internal combustion engine
DE102015205910A1 (en) Two-stage rechargeable internal combustion engine with turbocharger and method for operating such an internal combustion engine
DE102014211128A1 (en) Supercharged internal combustion engine with exhaust gas turbochargers arranged in series and method for operating such an internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: DOERFLER, THOMAS, DR.-ING., DE

R082 Change of representative

Representative=s name: WETTLAUFER, FRANK, DIPL.-ING., DE

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final